[发明专利]一种低碳复合型易切削钢及其生产方法

说明书

本发明涉及一种具有优异力学性能的复合型低碳易切削钢及其生产方法，通过调整关键元素的用量及配比，对精炼造渣工艺、连铸冷却条件、轧制温度控制与优化，实现了低碳易切削钢的高效稳定生产，在降低了硬度较高的硅、铝氧化物对刀具磨损的同时，还实现了硫化物的有效控制；通过引入B元素，对N/B配比、B元素加入时机、及其冷却析出进行控制，充分发挥了BN类石墨结构及其对于氧化物、硫化物复合包裹的积极效应，进一步提升了低碳易切削钢的切削加工性能，且在一定程度上降低了切削性能对于硫含量的依懒性，降低了材料力学性能的各向异性，再通过加入Cu、Cr等元素，有效实现了本低碳钢在易切削性与力学性能方面的兼顾与平衡。

技术领域

本发明涉及冶金行业易切削钢的生产方法，尤其涉及一种低碳易切削钢的生产方法。

背景技术

易切削钢由于在切削加工过程中具有延长刀具寿命，减少切削抗力，提高加工表面光洁度，容易排除切屑等优点，在汽车和机械加工行业中得到了越来越广泛的应用，对于易切削钢性能的研究也越来越多。目前，易切削钢主要包含硫系、铅系、钙系和复合碲、硒、钛系等种类，其中应用最广泛的是硫系易切削钢，而在该类易切削钢中，低碳硫系易切削钢由于具有良好的切削性能和断屑性能，近些年随着自动车床的发展需求量大幅度提升。

为了改善低碳易切削钢的切削性能，通常需要加入S元素，但是，由于硫系易切削钢中含有大量的S元素，增加了钢材的热脆性，因此在轧制过程中易出现劈头、掉块以及表面裂纹等缺陷，生产难度较大；与此同时，钢中大量硫化物的存在也增加了钢材性能的各向异性，低碳易切削钢力学性能及其稳定性较差而使得其使用范围也大大受限。易切削钢的热脆性通常与钢中的硫化物夹杂的组成有关。钢材的化学成分、连铸坯的冷却速度以及高温处理对硫化物的形态及组成有很大的影响。专利CN102676955A通过模铸的方法制备了一种具有优异切削性能的高硫易切削钢，通过加入0.01～0.03％Te改善了切削加工件的表面光洁度，不过存在生产成本高，生产效率较连铸大大降低等不足。张利武等通过改善精炼工艺，实现了钢中硫化物形态的改善并降低了脆性夹杂物出现的机率及尺寸，不过从工艺调整前后的分析指标数据来看，改善效果较为有限，而且该方法中提到的增加渣中MgO比例的措施，对于镁铝尖晶石类硬质有害夹杂物的抑制较为不利；专利CN103397255A发明了一种纯BN型低碳易切削钢，降低了硫系易切削钢性能的各向异性，然而，该钢种较硫系切削钢而言，其切削性能的稳定性还有待进一步提升，且大量B、N元素(B＞0.02％,N＞0.02％)的加入还将恶化钢材的韧性，大大增加了铸坯皮下气泡的出现概率，同时该钢种要求加入的铜含量高达0.7％以上，在生产过程中钢的铜脆问题也势必对钢材的表面质量及钢材的成材率带来诸多不利影响。

发明内容

本发明针对现有技术中硫系易切削钢中含有大量的S元素，增加了钢材的热脆性，因此在轧制过程中易出现劈头、掉块以及表面裂纹等缺陷，生产难度较大的技术问题，以及低碳易切削钢力学性能及稳定性较差而使得其使用范围大大受限的问题，提供了一种复合型低碳易切削钢及其生产方法。

本发明低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分：C：≤0.25％，Si：≤0.10％，Mn：0.60～1.20％，P：0.030～0.075％，S：0.12～0.35％，Cr：0.15～0.40％，Cu：0.10～0.25％，B：≤0.0060％，N：≤0.0180％，Al：≤0.005％，O：≤0.0180％，余量为Fe。

优选为：低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分：C：0.13～0.16％，Si：≤0.05％，Mn：0.90～1.05％，P：0.035～0.050％，S：0.15～0.20％，Cr：0.20～0.28％，Cu：0.10～0.15％，B：0.0040～0.0055％，N：0.014～0.018％，Al：≤0.005％，O:0.0045～0.0075％。

综合考虑该低碳含硫易切削钢的使用性能要求，以及环境适用性，对具体冶炼成份进行如下控制：